Membrana filtrująca sprawia, że ​​wirusy są nieszkodliwe

Autor: Peter Rüegg

Naukowcy z ETH Zurich opracowują nową membranę filtrującą, która jest wysoce wydajna w filtrowaniu i dezaktywacji szerokiej gamyprzenoszona i wodna-przenoszone wirusy. Wykonana z ekologicznych materiałów membrana ma odpowiednio dobrą ochronęślad środowiskowy.

Wirusy mogą rozprzestrzeniać się nie tylko poprzez kropelki lub aerozole, jak nowy koronawirus, ale także w wodzie. W rzeczywistości niektóre potencjalnie niebezpieczne patogeny chorób przewodu pokarmowego to wirusy przenoszone przez wodę.

Do tej pory takie wirusy były usuwane z wody za pomocą nanofiltracji lub odwróconej osmozy, ale kosztem i poważnym wpływem na środowisko. Na przykład nanofiltry do wirusów są wykonane z surowców ropopochodnych, podczas gdy odwrócona osmoza wymaga stosunkowo dużej ilości energii.

Opracowano przyjazną dla środowiska membranę
Teraz międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez Raffaele Mezzenga, profesora Food& Firma Soft Materials w ETH Zurich opracowała nową membranę filtrującą wodę, która jest zarówno bardzo skuteczna, jak i przyjazna dla środowiska. Do jego produkcji naukowcy wykorzystali naturalne surowce.

Membrana filtracyjna działa na tej samej zasadzie, którą Mezzenga i jego koledzy opracowali do usuwania metali ciężkich lub szlachetnych z wody. Tworzą błonę za pomocą zdenaturowanych białek serwatkowych, które łączą się w drobne włókna zwane fibrylami amyloidu. W tym przypadku naukowcy połączyli rusztowanie włókienkowe z nanocząsteczkami wodorotlenku żelaza (Fe-O-HO).

Produkcja membrany jest stosunkowo prosta. W celu wytworzenia włókienek białka serwatkowe pochodzące z przetwórstwa mleka są dodawane do kwasu i podgrzewane do 90 stopni Celsjusza. To powoduje, że białka rozszerzają się i łączą ze sobą, tworząc fibryle. Nanocząstki mogą być wytwarzane w tym samym naczyniu reakcyjnym co fibryle: naukowcy podnoszą pH i dodają sól żelaza, powodując „rozpad” mieszaniny na nanocząstki wodorotlenku żelaza, które przyczepiają się do włókienek amyloidu. W tym zastosowaniu Mezzenga i jego koledzy użyli celulozy do podparcia membrany.

To połączenie włókienek amyloidu i nanocząstek wodorotlenku żelaza sprawia, że ​​membrana jest wysoce skuteczną i wydajną pułapką na różne wirusy obecne w wodzie. Dodatnio naładowany tlenek żelaza elektrostatycznie przyciąga ujemnie naładowane wirusy i dezaktywuje je. Same fibryle amyloidu nie byłyby w stanie tego zrobić, ponieważ, podobnie jak cząstki wirusowe, są również naładowane ujemnie w neutralnym pH. Jednak fibryle są idealną matrycą dla nanocząstek tlenku żelaza.

Różne wirusy są bardzo skutecznie eliminowane
Membrana eliminuje szeroką gamę wirusów przenoszonych przez wodę, w tym adenowirusy bezotoczkowe, retrowirusy i enterowirusy. Ta trzecia grupa może powodować niebezpieczne infekcje żołądkowo-jelitowe, które każdego roku zabijają około pół miliona ludzi – często małych dzieci w krajach rozwijających się i wschodzących. Enterowirusy są niezwykle wytrzymałe i odporne na kwasy i pozostają w wodzie przez bardzo długi czas, dlatego membrana filtracyjna powinna być szczególnie atrakcyjna dla biedniejszych krajów jako sposób na zapobieganie takim infekcjom.

Ponadto membrana z dużą skutecznością eliminuje z wody wirusy grypy H1N1, a nawet nowego wirusa SARS-CoV-2. W przefiltrowanych próbkach stężenie dwóch wirusów było poniżej granicy wykrywalności, co jest równoznaczne z prawie całkowitą eliminacją tych patogenów.

GG quot;Zdajemy sobie sprawę, że nowy koronawirus jest przenoszony głównie przez kropelki i aerozole, ale w rzeczywistości, nawet na taką skalę, wirus wymaga otoczenia wodą. Fakt, że potrafimy bardzo skutecznie usunąć go z wody imponująco podkreśla szerokie zastosowanie naszej membrany" mówi Mezzenga.

Chociaż membrana jest przeznaczona przede wszystkim do użytku w oczyszczalniach ścieków lub do uzdatniania wody pitnej, może być również stosowana w systemach filtracji powietrza, a nawet w maskach. Ponieważ składa się wyłącznie z ekologicznych materiałów, po użyciu można go po prostu kompostować – a jego produkcja wymaga minimalnej ilości energii. Te cechy zapewniają mu doskonały ślad środowiskowy, co naukowcy również podkreślają w swoich badaniach. Ponieważ filtracja jest pasywna, nie wymaga dodatkowej energii, co sprawia, że ​​jej działanie jest neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla i możliwe do wykorzystania w każdym kontekście społecznym, od społeczności miejskich po wiejskie.

Oprócz laboratorium Mezzengi w prace zaangażowani byli naukowcy z kilku szwajcarskich uczelni, m.in. specjaliści od wirusów z uniwersytetów w Zurychu, Lozannie i Genewie, EPFL, University of Cagliari oraz spin-off ETH BluAct, który posiada na ten temat patent Nowa technologia.

Źródło: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurich)